CN113109882B - 一种匹配装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种匹配装置和方法，属于测量领域，包括姿态传感器、线圈、单片机和匹配通道组，匹配通道组包括两两相对设置的多个互相独立的分支通道；线圈一端通过第一屏蔽线与匹配通道组中的一个或多个分支通道的一侧连接，另一端接地；分支通道的另一侧通过第二屏蔽线接收信号；姿态传感器与单片机的信号输入端口连接；该方法通过姿态传感器先获得被测磁场的大致值，根据经典物理学中拉莫尔进动频率和地磁场存在的关系，单片机通过查找匹配网络表，确定接入的分支通道，匹配通道组中各分支通道的所有组合方式带宽覆盖完全整个磁场测量范围的频率。本发明能够大大的提高匹配效率，解决一直处于匹配状态的问题，提高设备的工作频率和稳定性。

Description

一种匹配装置和方法

技术领域

本发明属于测量领域，具体涉及一种匹配装置和方法。

背景技术

在进行微小信号接收时往往通过谐振的方法提高信号的信噪比，就需要使用匹配机制，目前无论是在高频还是低频领域，遇到匹配策略的问题都是采用扫频的方式实现的，这种实现方法缺点很明显，匹配效率低下，严重限制了设备的工作频率。

例如国外的质子传感器在进行信号接收时就采用了扫频的方式，每一次测量都需要对多个匹配通道进行全面的扫描，甚至还需要进行多个匹配通道的组合扫描，最终完成最佳的匹配通道的选择，这个过程非常慢，匹配机制存在的致命缺陷就是匹配效率低下，可能会出现由于无法确定匹配通道，而且存在匹配不稳定的情况，会导致系统一直处于匹配状态，设备无法正常运行，无法完成正常测量。

因此，本申请提出一种匹配装置和方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种匹配装置和方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种匹配装置，包括姿态传感器、线圈、单片机和匹配通道组，所述匹配通道组包括两两相对设置的多个互相独立的分支通道；

所述线圈一端通过第一屏蔽线与所述匹配通道组中的一个或多个分支通道的一侧连接，另一端接地；所述分支通道的另一侧通过第二屏蔽线接收信号；所述姿态传感器与所述单片机的信号输入端口连接；

所述姿态传感器用于获得被测磁场的磁场值，并将获得的值发送给所述单片机；所述单片机用来计算磁场值的进动频率并通过查找匹配网络表，确定最佳匹配分支通道。

优选地，所述匹配通道组包括两两相对设置的8个互相独立的分支通道。

优选地，所述匹配通道组接收的信号为拉莫尔进动信号。

优选地，所述姿态传感器的精度在为0.1nT。

本发明的另一目的在于提供一种匹配装置的匹配方法，包括以下步骤：

步骤1、所述姿态传感器获得被测磁场的磁场值，并将获得的值发送给所述单片机；

步骤2、根据经典物理学中拉莫尔进动频率和地磁场存在的关系，通过所述单片机计算得到当前磁场值的进动频率；

步骤3、所述单片机根据所述进动频率通过查找匹配网络表，确定初次接入的分支通道，将该分支通道接入所述线圈，使得所述线圈和接入的所述分支通道形成LC振荡模型，实现增强信号信噪比的目的；

步骤4、分别向所述线圈接入其他分支通道，从所述第二屏蔽线测量得到信号的幅值，再根据初次接入的分支通道的频率，在该频率范围内对接入的其他分支通道分别进行一次测试，当测试结果的信号幅值变化趋势不是趋向同一方向时，测试结果中出现了最大频率值，则确定该匹配通道为最佳分支通道，实现快速匹配。

优选地，当几次测试结果的信号幅值一样时，此时优先选择最后一次的分支通道。

本发明提供的匹配装置和方法具有以下有益效果：

本发明通过姿态传感器先获得被测磁场的大致值，根据经典物理学中拉莫尔进动频率和地磁场存在的关系，通过单片机计算得到当前磁场值的进动频率，单片机内部程序通过查找匹配网络表，确定接入的匹配通道，匹配通道组中各分支通道的所有组合方式带宽覆盖完全整个磁场测量范围的频率，不仅大大的提高匹配效率，同时彻底解决可能出现的一直处于匹配状态的问题，提高设备的工作频率和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的匹配装置的示意图。

附图标记说明：

线圈1、第一屏蔽线1、第一分支通道3、第二分支通道4、第三分支通道5、第四分支通道6、第五分支通道7、第六分支通道8、第七分支通道9、第八分支通道10、单片机11、姿态传感器12、第二屏蔽线13。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

实施例1

本发明提供了一种匹配装置和方法，具体如图1所示，包括姿态传感器12、线圈1、单片机11和匹配通道组，匹配通道组包括两两相对设置的多个互相独立的分支通道；

线圈1一端通过第一屏蔽线2与匹配通道组中的一个或多个分支通道的一侧连接，另一端接地；分支通道的另一侧通过第二屏蔽线13接收信号，这个信号是拉莫尔进动信号，也可以根据测试信号来定；姿态传感器12与单片机11的信号输入端口连接，姿态传感器12够提供粗略的磁场值，精度在0.1nT。姿态传感器12用于获得被测磁场的磁场值，并将获得的值发送给单片机11；单片机11用来计算磁场值的进动频率并通过查找匹配网络表，确定最佳匹配分支通道。

进一步地，本实施例中，匹配通道组包括两两相对设置的8个互相独立的分支通道，分别为第一分支通道3、第二分支通道4、第三分支通道5、第四分支通道6、第五分支通道7、第六分支通道8、第七分支通道9、第八分支通道10

具体的，本实施例中，单片机11用来计算磁场值的进动频率并查找匹配网络表，确定最佳匹配分支通道。

本实施例中，线圈1是感性元器件，第一分支通道3、第二分支通道4、第三分支通道5、第四分支通道6、第五分支通道7、第六分支通道8、第七分支通道9、第八分支通道10内部都是容性器件，内部各自是独立的；由线圈1和第一分支通道3、第二分支通道4、第三分支通道5、第四分支通道6、第五分支通道7、第六分支通道8、第七分支通道9、第八分支通道10可组成LC谐振，线圈1可以和第一分支通道3、第二分支通道4、第三分支通道5、第四分支通道6、第五分支通道7、第六分支通道8、第七分支通道9、第八分支通道10中的一个通道或者多个通道组合，不同的组合，对应的谐振频率是不一样的，将所有可能得组合全部计算出来，制成一个真值表，并将这个真值表通过C语言程序倒入到单片机11内部，当开始测试时，姿态传感器12会给出一个相对粗略的磁场值，根据经典物理学中拉莫尔进动频率和地磁场存在的关系，计算出当前拉莫尔进动频率的粗略值，在真值表中查找和这个粗略的拉莫尔进动频率一样值，找到对应的匹配通道组合，将这组对应的匹配通道组合接入到线圈1的一端形成LC谐振，此时，当在线圈1上有和LC谐振频率接近的信号产生时，根据LC谐振原理，这个信号的频率不会发生改变，幅值会增大，通过AD采集，得到这个信号的频率，再根据经典物理学中拉莫尔进动频率和地磁场存在的关系，计算出准确的磁场值。

基于同一个发明构思，本实施例还提供了一种匹配装置的匹配方法，包括以下步骤：

步骤1、姿态传感器12获得被测磁场的磁场值，并将获得的值发送给单片机11；

步骤2、根据经典物理学中拉莫尔进动频率和地磁场存在的关系，通过单片机11计算得到当前磁场值的进动频率；

步骤3、单片机11根据进动频率通过查找匹配网络表，确定初次接入的分支通道，将该分支通道接入线圈1，使得线圈1和接入的分支通道形成LC振荡模型，实现增强信号信噪比的目的；其中，匹配网络表是根据LC振荡电路模型根据理论计算得到的；

步骤4、分别向所述线圈1接入其他分支通道，从第二屏蔽线13测量得到信号的幅值，再根据初次接入的分支通道的频率，在该频率范围内对接入的其他分支通道分别进行一次测试，当测试结果的信号幅值变化趋势不是趋向同一方向时，测试结果中出现了最大频率值，则确定该匹配通道为最佳分支通道，实现快速匹配。

进一步地，本实施例中，当几次测试结果的信号幅值一样时，此时优先选择最后一次的分支通道。

本发明通过姿态传感器先获得被测磁场的大致值，根据经典物理学中拉莫尔进动频率和地磁场存在的关系，通过单片机计算得到当前磁场值的进动频率，单片机内部程序通过查找匹配网络表，确定接入的匹配通道，匹配通道组中各分支通道的所有组合方式带宽覆盖完全整个磁场测量范围的频率，不仅大大的提高匹配效率，同时彻底解决可能出现的一直处于匹配状态的问题，提高设备的工作频率和稳定性。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种匹配装置，其特征在于，包括姿态传感器(12)、线圈(1)、单片机(11)和匹配通道组，所述匹配通道组包括两两相对设置的多个互相独立的分支通道；

所述线圈(1)一端通过第一屏蔽线(2)与所述匹配通道组中的一个或多个分支通道的一侧连接，另一端接地；所述分支通道的另一侧通过第二屏蔽线(13)接收信号；所述姿态传感器(12)与所述单片机(11)的信号输入端口连接；

所述姿态传感器(12)用于获得被测磁场的磁场值，并将获得的值发送给所述单片机(11)；所述单片机(11)用来计算磁场值的进动频率并通过查找匹配网络表，确定最佳匹配分支通道；

所述通过查找匹配网络表，确定最佳匹配分支通道，具体为：

单片机根据进动频率通过查找匹配网络表，确定初次接入的分支通道，将该分支通道接入线圈，使得线圈和接入的分支通道形成LC振荡模型，实现增强信号信噪比的目的；

分别向所述线圈接入其他分支通道，从第二屏蔽线测量得到信号的幅值，再根据初次接入的分支通道的频率，在该频率范围内对接入的其他分支通道分别进行一次测试，当测试结果的信号幅值变化趋势不是趋向同一方向时，测试结果中出现了最大频率值，则确定该匹配通道为最佳分支通道。

2.根据权利要求1所述的匹配装置，其特征在于，所述匹配通道组包括两两相对设置的8个互相独立的分支通道。

3.根据权利要求1所述的匹配装置，其特征在于，所述匹配通道组接收的信号为拉莫尔进动信号。

4.根据权利要求1所述的匹配装置，其特征在于，所述姿态传感器(12)的精度在为0.1nT。

5.根据权利要求1至4任一项所述的匹配装置的匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、所述姿态传感器(12)获得被测磁场的磁场值，并将获得的值发送给所述单片机(11)；

步骤2、根据经典物理学中拉莫尔进动频率和地磁场存在的关系，通过所述单片机(11)计算得到当前磁场值的进动频率；

步骤3、所述单片机(11)根据所述进动频率通过查找匹配网络表，确定初次接入的分支通道，将该分支通道接入所述线圈(1)，使得所述线圈(1)和接入的所述分支通道形成LC振荡模型，实现增强信号信噪比的目的；

步骤4、分别向所述线圈(1)接入其他所述分支通道，从所述第二屏蔽线(13)测量得到信号的幅值，再根据初次接入的分支通道的频率，在该频率范围内对接入的其他分支通道分别进行一次测试，当测试结果的信号幅值变化趋势不是趋向同一方向时，测试结果中出现了最大频率值，则确定该匹配通道为最佳分支通道，实现快速匹配。

6.根据权利要求5所述的匹配装置的匹配方法，其特征在于，当几次测试结果的信号幅值一样时，此时优先选择最后一次的分支通道。